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近日，能源和环境科学领域国际顶级刊物《Energy & Environmental Science》（影响因子=29.518）刊登了澳门在线威尼斯官方郭少军课题组和北京理工大学陈人杰课题组（共同通讯）的论文“Biomimetic ant-nest ionogel electrolyte boosts the performance of dendrite-free lithium batteries”。

图1 蚁穴离子凝胶电解质中Li+传输通道示意图

金属锂电池是最有希翼的下一代高能量密度的电化学储存设备之一。然而，金属锂负极在反复充/放电过程中易产生不可控的锂枝晶，从而刺穿隔膜，导致循环寿命短和严重的安全问题。此外，金属锂负极在实际应用还存在库伦效率低的问题。对电解质进行合理的设计，可以有效解决这些关键问题。

图2 a 自然界中蚁穴的照片；b 特殊官能团修饰的SiO2骨架的SEM形貌图；c 蚁穴离子凝胶电解质合成机理；d 蚁穴离子凝胶电解质的光学照片

郭少军课题组通过借鉴自然界中蚁穴结构能够快速交换空气的特点，设计出了一种有特殊官能团修饰的SiO2为骨架的离子凝胶电解质（图1）。这种仿生离子凝胶电解质具有快速传输Li+的能力，而且能够在金属锂负极表面自发地形成颗粒富集层，从而有效地抑制锂枝晶的生长（图2）。组装成的三元电池具有约390 Wh/kg的能量密度，钛酸锂电池稳定循环3000次，库伦效率高达99.8%。该成果为利用仿生概念设计高性能的金属锂电池提供了一种新思路。

论文第一编辑是工学院博士后陈楠。该研究得到了科技部重点研发计划，国家自然科学基金面上基金，中国博士后科学基金和青年支撑。

论文链接：
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ee/c7ee00988g